多功能聲波參數測量儀的製作方法

2023-12-09 17:24:31 2

專利名稱：多功能聲波參數測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量聲速、波長、音頻信號頻率及橫波與縱波頻率的儀器。
現有的測量聲波參數儀器，其所提供的音頻信號(如音叉振蕩器)頻率單一，電聲換能器與聲波檢測器面對面設置在完全開放的空氣中，容易受到雜散信號、射頻信號及環境噪聲的幹擾，加之電聲換能器與檢測器間的距離調節範圍小，且靠手工搬移，讀數精度不高，因而不適應多種聲波參數的測量及深層次的實驗研究。
本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點，提出一種具有較寬頻域、靈活方便、電聲換能器與檢測器密閉性好，二者間距調節範圍較寬，抗噪聲幹擾性強，讀數準確，工作穩定，性能可靠的多功能聲波參數測量儀器。
本實用新型是這樣實現的在一長方體鋁合金儀器箱上表面緊固一雙層透明有機玻璃管構成的密閉空腔，雙層透明有機玻璃管包括一外層管，外層管內配套有一可沿軸向滑動的內層管，外層管左埠配置一喇叭，喇叭依靠外層管左端螺旋端蓋緊固，內層管右端螺旋一端蓋，端蓋右側配置一帶有探測器的拉杆，端蓋的外側和測距讀數機構的主尺套管右端相連接，測距讀數機構包括一外套管，外套管內配套有可沿管軸向滑動的主尺套管，主尺套管與外套管右端之間配有一刻有標尺的套圈，主尺套管右端的滑輪聯動繩索與固定在外套管左部的滑輪相配合，喇叭的信號輸入端可和功放電路的信號輸出端a－a相連接，探測器的信號輸出端和報警檢測電路的輸入端MIC相連接，報警檢測電路和電源相連接，電源分別與音頻振蕩器、功放電路相連接，音頻振蕩器輸出端Ⅰ和功放電路輸入端Ⅰ相連接，音頻振蕩器通過開關Ka－b與選頻網絡相連接。
本實用新型的優點在於(1)測頻範圍寬，測量精度高，除可使用儀器本身信號源外，也可外接其它信號源；(2)電聲換能器與檢測器間距調節範圍大，可跨兩個波段測分米波和釐米波；(3)信號源頻率可變，每點頻率準確，波形失真小，工作穩定，散熱性好；(4)電聲換能器與檢測器同置於一空腔中，噪聲汙染小，抗幹擾性能好；(5)整體設計合理，經久耐用。


圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是雙層有機玻璃管的結構剖視圖。
圖3是測距讀數機構的剖視圖。
圖4是本實用新型的電路原理框圖。
圖5是本實用新型的備用信號源電路圖。
圖6是信號源的功放電路圖。
圖7是檢波放大及報警電路圖。
圖8是電源供電電路圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述如圖1所示，在一長方體鋁合金箱5上表面緊固一雙層透明有機玻璃管構成的密閉空腔1及與其配套的測距讀數機構2，在它們的底部墊有兩塊枕木7，枕木7底部用螺釘固定在儀器箱上表面，它們的上部用兩隻金屬卡子6通過螺釘固定在枕木7上，有機玻璃管與金屬卡子6及枕木7接觸處墊有一層彈性較好的橡膠片。(如圖2b)內層管22與外層管21同軸配套，並可沿管軸方向滑動，外層管21左埠裝有一隻喇叭20，喇叭20依靠旋緊左端蓋19螺絲壓緊而固定，內層管22右埠也有一帶外螺紋的端蓋24，端蓋24中央有一圓孔39，(如圖2b)帶有探測器23的拉杆通過圓孔與圖2a中螺母25相連。當轉動鼓輪4時，帶動標尺37及與它頂端相連的連杆10和探測器23一起移動，當需要增加空腔長度時，可將兩連接片26卡在對應的螺釘上，使轉動鼓輪4時，內層管22也隨之移動。外層管21左端蓋下側有一小孔9，喇叭輸入信號線從此孔引入，此信號線與箱體左端聲頻信號輸出插孔3相通，聲頻信號由箱體內線路板提供，也可通過外接其它音頻信號源提供，腔體內檢測器拾取的信號通過一長屏蔽線從箱體右端圓孔11引入箱內線路板的聲頻放大部分，電源開關17，電源指示燈16，選頻開關15，報警蜂鳴片14，波節指示燈13和輸出信號接線柱12(外接示波器)均通過腐蝕面板後裝在箱體上表面，電源輸入插座8和散熱孔18位於箱體左側面。這樣當接通電源時，電源指示燈16亮，若將選頻開關15打在適當位置，調節鼓輪4，則檢測器檢測到某一聲頻所形成的駐波波節時，波節指示燈13亮，同時，報警蜂鳴片14發出報警聲，否則，波節指示燈不亮，蜂鳴片也不發聲。
測距讀數機構的結構如圖3所示，與鼓輪4相連的定滑輪29跨過聯動繩索32，經主尺套管31底部兩固定點34，跨過主尺上部滑輪35形成一閉環帶，附尺刻在套圈33上側，用螺釘40緊固在外管上方，帶主尺的套管31可在套圈33內自由滑動，此套管中間側面沿軸向局部對稱分布著兩個開槽，螺釘41通過此開槽可以固定管內右部滑輪框架36。此外，為裝配方便外管底部(即圖左端)做成帶螺紋的端蓋28，主尺右(頂)端留有一帶內螺紋的裝配孔38。38與裝配孔27用螺釘相連。
電路原理框圖如圖4所示，第Ⅰ部分為電源電路，第Ⅱ部分為選頻網絡，第Ⅲ部分為功放電路，第Ⅳ部分為電源電路，第Ⅴ部分為檢測放大及報警電路。第Ⅰ部分與第Ⅱ部分通過波段開關Ka－b連接(如圖5)，第Ⅰ部分振蕩器的輸出(圖5中)Ⅰ與第Ⅳ部分(圖6)功放輸入Ⅰ相連，第Ⅲ部分(圖8)的輸出＋9Ⅴ與第Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ部分的電源輸入端＋9Ⅴ相連，－9Ⅴ與第Ⅰ部分電源輸入端－9Ⅴ相連，＋6Ⅴ與第Ⅴ部分(圖7)門電路電源輸入端相接。
如圖5所示，虛線框外為音頻振蕩源，其中低漂移運放塊OP－07和R1、R1′、R2、R2′、C2等構成文氏電橋型音頻振蕩器，OP－07輸出端⑥腳經R1、C1、R1′、R2、R2′、C2連至③腳構成正反饋環路，⑥腳經R5、R4、Rt、R2連至②腳構成負反饋環路。
為穩定輸出頻率和幅度，電路上除設置放大器的閉環電壓增益稍大於3外，在其反饋環路和運放的輸出端還反向並接了二極體D1、D2，使得輸出電壓因某種原因增大時，流過這兩隻管子的電流變大，導致其內阻減小，電路的負反饋量加強，增益下降，使輸出電壓降低，而在輸出電壓降低時，負反抗又減弱，增益變大，輸出電壓回升。同時，為減小環溫對輸出電壓的影響，在反饋環路中還串接了一隻具有負溫度係數的熱敏電阻Rt，使得環溫升高時，其阻值相應減小，導致負反饋減弱，放大倍數增大，因而振蕩器的輸出幅度可始終穩定在某一定值內。
選頻網絡如圖5中虛線框內所示，為了使振蕩器在選頻開關Ka－b換檔時不出現瞬間停振現象，各頻點換擋均通過並聯優質可變電阻實現，振蕩器的輸出信號經圖5中Ⅰ點與圖6功放電路中Ⅰ點相連。
圖6為功放電路，採用線性集成電路TB4100進行功率放大，其輸出功率在1瓦左右，輸出端①腳經C17喇叭YD相連，TB4100內部含有差分前置，移位放大，激勵及推輓輸出等電路，具有深反饋性能，所以穩定性好，其輸出音量大小可通過調整圖5中電位器W1來調節。輸出端a－a與圖1中小孔9相連接。
檢波放大及報警電路如圖7所示，喇叭YD(如圖2中20)發出的聲音經MIC檢測拾取後通過BG1放大，一方面可在b－b點(如圖1中12)通過示波器觀測到波形，另一方面經與非門F1、F2整形，F3、F4延遲，通過LED2和F5、F6、HTD等構成的聲光報警電路可進行視聽。
電源供電電路如圖8所示，220V市電經變壓器B降壓，橋堆QL28B整流，電容C20－C26濾波，採用三塊穩壓集成晶片7809、7909、7806，經過二次穩壓，可為音頻振蕩器，功放電路及檢波放大與報警電路分別提供穩定的±9V和＋6V直流電壓，其輸出電壓與各部分對應輸入電壓端相連。
測量聲波時，接通電源，將選頻開關15打在適當位置(或在喇叭20的信號輸入端外接其它信號發生器)，在輸出信號接線柱12上接上示波器(也可不接)，調節鼓輪4，先使探測器23靠近喇叭20，當報警蜂鳴片14發出報警聲，波節指示燈13亮，同時，(接示波器時)示波器螢光屏上出現穩定的一條亮線(即波節)時，在測距讀數機構標尺上讀出初始位置並記下，然後向相反方向調節鼓輪4，當重複出現波節時，依次記下波節位置，便可算出被測音頻信號的波長，頻率及其在空氣中的傳播速度等物理量。
權利要求1.多功能聲波參數測量儀，其特徵在於包括由一雙層透明有機玻璃管構成的密閉空腔(1)，所說的雙層透明有機玻璃管包括一外層管(21)，外層管(21)內配套有一可沿軸向滑動的內層管(22)，外層管(21)左埠配置一喇叭(20)，喇叭(20)依靠外層管(21)左端螺旋端蓋(19)緊固，內層管(22)右端螺旋一端蓋(24)，端蓋(24)左側配置一帶有探測器(23)的拉杆，端蓋(24)的外側和測距讀數機構(2)的主尺套管(31)右端相連接，所說的測距讀數機構(2)包括一外套管(30)，外套管(30)內配套有可沿管軸向滑動的主尺套管(31)，主尺套管(31)與外套管(30)右端之間配有一刻有標尺的套圈，主尺套管(31)右端的滑輪(35)聯動繩索(32)與固定在外套管(30)左部的滑輪(29)相配合，喇叭(20)的信號輸入端可和功放電路的信號輸出端a-a相連接，探測器(23)的信號輸出端和報警檢測電路的輸入端MIC相連接。
2.根據權利要求1所述的測量儀器，其特徵在於報警檢測電路Ⅴ和電源Ⅵ相連接，電源Ⅵ分別與音頻振蕩器Ⅰ、功放電路Ⅲ相連接，音頻振蕩器Ⅰ輸出端Ⅰ和功放電路輸入端Ⅰ相連接，音頻振蕩器Ⅰ通過開關Ka－b與選頻網絡Ⅱ相連接。
專利摘要一種多功能聲波參數測量儀，包括一透明雙層有機玻璃管，其左端配置一喇叭，右端配置一帶有探測器的端蓋，端蓋和一測距讀數機構相連接，喇叭的信號輸入端可和功放電路的信號輸出端相連接，探測器的信號輸出端可和報警檢測電路輸入端相連接，其電路上還分別配置有電源、功放電路、音頻振蕩器。可測量聲速、波長、音頻信號頻率及橫波與縱波頻率，具有頻域寬、抗噪聲幹擾性強、讀數準確、性能可靠的特點。
文檔編號G01H5/00GK2206949SQ94222288
公開日1995年9月6日 申請日期1994年9月21日 優先權日1994年9月21日
發明者賈亞民 申請人:西安交通大學